提高660 MW超超臨界火電機組深度調峰經濟性的措施

李朋濤，邱 靖

(陜西商洛發(fā)電有限公司，陜西 商洛 726007)

0 引 言

近年來，隨著國家能源戰(zhàn)略調整轉型，電力供需關系也隨之變化，新能源在電網中占比越來越大，為配合系統(tǒng)調峰，燃煤火電機組參與系統(tǒng)調峰的頻次和深度越來越大，深度調峰能力已是燃煤機組的必備本領。但是，深度調峰期間對機組運行的安全、經濟帶來巨大影響，雖然可以通過電網輔助服務市場獲得一定深度調峰的補償收益，但對電廠來說，總體收益和所承受的風險仍不對等。如何進一步提升機組深度調峰期間運行的經濟性便成為各電廠摸索的課題。結合某電廠實際，在機組深度調峰期間，采取一系列優(yōu)化調整措施。

1 機組性能概況

某火電廠為2臺660 MW超超臨界間接空冷燃煤火電機組，鍋爐為東方鍋爐股份有限公司制造的 DG1950/29.3-Ⅱ2 型超超臨界參數(shù)直流鍋爐，采用一次再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、前后墻對沖燃燒、半露天Π 型布置、全鋼構架懸吊結構。每臺爐配6臺ZGM113N-Ⅱ型中速輥式磨煤機，BMCR工況燃用設計煤種時5臺運行、1臺備用。汽輪機為東方汽輪機有限責任公司制造，型號為CJK660/609-28/0.4/600/620，型式為高效超超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸兩排汽、間接空冷抽汽凝汽式汽輪機，每臺機組配置1臺100%容量的汽動給水泵及不同軸汽泵前置泵。每臺鍋爐配2臺雙室五電場電除塵器和1套煙氣脫硫、脫硝裝置。采用選擇性催化還原法脫硝裝置，還原劑采用氨氣，由尿素制氨法制備。

2 機組運行影響因素分析

影響機組深度調峰運行經濟性的因素很多，從影響供電煤耗和廠用電率等主要指標進行分析。

2.1 鍋爐效率

機組深度調峰期間，由于負荷較低，總燃料量也隨之減少，鍋爐燃燒整體減弱，燃燒效率降低，從而導致鍋爐效率降低，影響機組運行的經濟性[1]。表1為機組不同負荷運行時飛灰和爐渣含碳量數(shù)據(jù)對比。

表1 不同負荷下飛灰、爐渣含碳量

從表1分析可知，隨著負荷降低，爐膛溫度也隨之降低，鍋爐不完全燃燒熱損失增加，飛灰量、爐渣含碳量明顯升高。

2.2 汽輪機熱耗率

該廠設計50%以上負荷運行期間，保持4套制粉系統(tǒng)運行，深度調峰期間，由于煤量減少，只能保留3套制粉系統(tǒng)運行，由于火焰中心下移和爐膛溫度降低，再熱蒸汽溫度下降明顯，從而導致汽輪機熱耗率增加，影響機組運行的經濟性[2]，分別選擇30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%機組負荷下的8個工況試驗，得到機組負荷與再熱汽溫對應關系見圖1。

圖1 負荷與再熱氣溫對應關系

2.3 廠用電率

深度調峰期間，各輔機受運行方式和系統(tǒng)安全等方面限制，輔機電耗率普遍升高，從而影響機組經濟運行[3]。例如，為保證低負荷燃燒穩(wěn)定，50%負荷以下，鍋爐維持高氧量運行，從而導致送、引風機耗電率普遍增加。還有，大部分輔機為工頻電機，不便于調節(jié)，低負荷運行期間，導致耗電率進一步升高。

3 控制措施

針對以上機組深度調峰期間影響運行經濟性的因素，進行優(yōu)化調整，制定相應措施。

3.1 優(yōu)化鍋爐配風

3.1.1 調整二次風門開度

鍋爐在前后墻主旋流煤粉燃燒器的上方各布置了兩層燃盡風，起到燃燒后期送風和降低NOX的作用。通過調整燃盡風區(qū)域A、B側配風比例，從而減輕火焰偏燒現(xiàn)象，提升燃盡效率。30%負荷工況運行參數(shù)對比見表2。

表2 30%負荷運行參數(shù)對比

分析表2數(shù)據(jù)可知，30%負荷下，在保持其他運行參數(shù)不變的前提下，將上下兩側燃盡風門開度關小后，飛灰可燃物含量下降明顯，鍋爐效率約提高0.64%。

3.1.2 調整燃燒器內、外二次風開度

燃燒器大風箱為運行燃燒器提供內二次風和外二次風，為停運燃燒器提供冷卻風。內二次風和外二次風通過燃燒器內同心的內二次風、外二次風環(huán)形通道在燃燒的不同階段噴入爐內，實現(xiàn)分級供風，降低NOX的生成量[4]。

內二次風量可通過燃燒器上的內二次風門開度進行調節(jié)，外二次風量可通過燃燒器上切向布置的葉輪式風門擋板進行調節(jié)。通過調節(jié)內、外二次風的開度配比，可獲得良好的著火穩(wěn)燃性、燃燒高效性和低的NOX排放量[5]，以獲得最佳燃燒工況，并可防止水冷壁超溫和燃燒器結焦，調整前后數(shù)據(jù)見表3。

此次調整，將內、外二次風開度比例進行調換，增強旋流強度，使低負荷工況下風粉混合進一步增強，提升燃燒效率。同時，維持總開度，確保深度調峰時，避免鍋爐二次風箱壓力過低而影響機組運行安全。對不同內、外二次風門開度調整后參數(shù)進行分析，總結出表3中二次風配比在50%以下負荷階段運行較為合理。

表3 內、外二次風開度調整前后對比

燃燒器二次風門調整過后，在30%負荷運行工況，參數(shù)對比見表4。

表4 30%負荷運行工況參數(shù)對比

分析表4數(shù)據(jù)可知，通過燃燒器內、外二次風旋流角度的調整，一氧化碳可燃氣體基本消除，飛灰可燃物含量由2.29%降低至1.02%，大渣可燃物含量由3.73% 降低至1.38%，同時，再熱汽溫由583 ℃升至590 ℃。

3.2 制粉系統(tǒng)優(yōu)化調整

機組深度調峰期間，只能維持3套制粉系統(tǒng)運行，在保證制粉系統(tǒng)運行安全前提下，主要通過調整磨煤機入口一次風壓和磨煤機分離器頻率進行優(yōu)化，從而提高機組運行經濟性。

3.2.1 一次風壓優(yōu)化

一次熱風母管壓力要保證所有投運磨煤機進口所必須的一次風量。不同磨煤機出力，所需要的一次熱風母管壓力是不同的，但過大的一次熱風母管壓力不僅造成風門節(jié)流損失大，而且會引起空氣預熱器漏風率增大，最終增大風機電耗和廠用電率[6]。30%負荷熱一次風壓優(yōu)化前后數(shù)據(jù)見表5。

表5 30%負荷熱一次風壓優(yōu)化前后對比

分析表5數(shù)據(jù)可知，30%負荷下，通過優(yōu)化熱一次風母管壓力，一次風機電流平均下降了2.7 A。

3.2.2 磨煤機分離器頻率調整

該廠燃用煤種為煙煤，揮發(fā)分普遍在37%左右。深度調峰期間，在保證磨煤機運行安全情況下，通過調整磨煤機分離器頻率，改變煤粉著火時間和燃盡行程，從而來提升鍋爐效率[7]。30%負荷工況對比參數(shù)見表6。

表6 30%負荷磨煤機運行參數(shù)對比

通過表6可以看出，分離器頻率降低后，煤粉細度雖有所上升，但在合理范圍內，通過調整分離器頻率，再熱汽溫有所升高，磨煤機電流也有所下降。

3.3 低負荷變氧量調整

鍋爐運行氧量不僅影響著干煙氣帶走的熱損失，而且也影響著未燃盡碳引起的熱損失和一氧化碳引起的熱損失。在一定限度內減少運行氧量，將使干煙氣帶走的熱損失降低。此次調整送風機的風量為投自動狀態(tài)，通過改變DCS系統(tǒng)中送風量的偏置來改變運行氧量。在30%負荷下進行氧量調整存在一定風險，分多次調整，每次減少60 t/h風量進行對比，表7中保留了2個工況運行參數(shù)進行比對。

表7 30%負荷運行工況參數(shù)對比

通過表7看出，減少約180 t/h總風量后，飛灰量、爐渣含碳量及一氧化碳含量均變化不大，鍋爐運行穩(wěn)定，但排煙溫度隨之降低，排煙熱損失降低約0.26%，鍋爐效率提高約0.09%，風機電耗得到了顯著降低。

3.4 優(yōu)化輔助系統(tǒng)運行方式，降低廠用電率

低負荷運行期間，影響廠用電率可優(yōu)化調整的主要輔機有送風機、引風機、一次風機、磨煤機、電除塵、空壓機、間冷循環(huán)泵等，分析如下。

3.4.1 優(yōu)化電除塵系統(tǒng)運行方式

該廠電除塵系統(tǒng)為雙室五電場靜電除塵器，配備有高頻電源和低溫省煤器進行調節(jié)，電除塵系統(tǒng)設計耗電率為0.5%。深調期間，粉塵濃度相對降低，主要因低負荷階段高氧量運行，根據(jù)這一特征，首先通過降低各電場高頻電源二次電流進行調整，發(fā)現(xiàn)低負荷運行階段，二次電流降低后，粉塵變化不大，且電除塵捕捉能力有所影響，因此，調整策略，50%負荷以下運行時，通過停運3、4電場，將1、2、5電場出力增加后，粉塵濃度維持不變的情況下，電除塵總耗電率進一步降低，30%負荷運行工況參數(shù)對比見表8。

表8 30%負荷電除塵運行參數(shù)對比

同時，由于總灰量相對減少，通過調整各電場輸灰時間和頻次，減少了1臺輸灰空壓機運行，1臺空壓機廠用電耗電率約為0.07%，同時，對2號機組除塵器各灰斗進行了防堵改造，正常運行中停運全部灰斗電加熱，廠用電耗電率可再降低約0.03%。

3.4.2 優(yōu)化制粉系統(tǒng)運行

通過制粉系統(tǒng)優(yōu)化調整，制粉系統(tǒng)電耗也隨之降低。通過表8可以看出，通過一次風壓、分離器頻率改變，磨煤機電流明顯降低，通過對制粉系統(tǒng)電耗統(tǒng)計，得出制粉系統(tǒng)電耗降低約0.02%。

3.4.3 優(yōu)化氧量，降低風機電耗

通過優(yōu)化深調期間機組運行氧量，送、引風機電流也明顯下降，電耗也隨之降低，數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表9。

表9 優(yōu)化調整前后風機電流對比

通過上表可以看出，通過氧量優(yōu)化調整，送風機耗電率降低約0.02%，引風機耗電率降低約0.05%，一次風機耗電率降低約0.01%，風機總耗電率降低約0.08%。

3.4.4 優(yōu)化間冷循環(huán)泵運行方式

該廠每臺機組配備有3臺間冷循環(huán)泵，其中2臺泵可以進行高低速方式切換，設計機組正常運行時，維持2臺泵運行，1臺泵備用，實際運行中，當環(huán)境溫度低于15 ℃，機組深度調峰期間，可維持1臺間冷循環(huán)泵低速方式運行，背壓可控制在設計值范圍內，但間冷循環(huán)泵耗電率顯著下降，可降低約0.3%。

4 結 語

通過優(yōu)化配風和制粉系統(tǒng)運行，鍋爐效率提高約1.13%，煤耗降低約3.4 g/(kW·h)；優(yōu)化電除塵系統(tǒng)運行方式，廠用電率下降約0.07%；制粉系統(tǒng)運行優(yōu)化，廠用電率下降約0.02%；優(yōu)化運行氧量，風機耗電率下降顯著，廠用電率下降約0.08%；優(yōu)化間冷循環(huán)泵運行方式，廠用電率下降約0.3%，累計降低廠用電率0.47%。按全年深調1 200 h測算，公司平均標煤單價按900元/t計算，上網電價按0.35元/(kW·h)計算，則2臺660 MW機組全年可降低總成本745萬元。可見，通過優(yōu)化運行，節(jié)能效果非常顯著。

火電機組深度調峰將是火電企業(yè)發(fā)展的一條必由之路，通過采取一系列措施，能夠有效降低機組深度調峰期間的煤耗和電耗，進一步提升機組運行經濟性，使機組深度調峰運行期間利益最大化，也為企業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供有力保障。